分组密码扩散层构造方法的研究与改进.doc

分组密码扩散层构造方法的研究与改进在分组密码中,线性扩散层是实现加密体系扩散功能的核心组成部分,对加密体系安全性具有关键的作用,在分组密码设计和分析中是一个重要的研究热点。2016年美密会上,孙兵等人提出对于类似于AES的SPN结构的加密算法,如果该算法的扩散矩阵中存在两个相同元素,那么攻击者能够构造出一个5轮的零相关线性壳,对密码算法来说是一个安全性隐患。因此,为使所设计密码算法更加安全,构造SPN结构加密算法的扩散矩阵时,要避免在同一行中存在相同元素。本文基于密码算法设计的上述安全性准则,设计了新的扩散层,并对经典加密算法的扩散层进行改进。具体来说,主要工作如下:首先,分析了AES算法的扩散层构造方法,研究了4?4循环矩阵为MDS矩阵需要满足的条件。进一步,根据扩散层矩阵一行里若有相同元素会导致线性攻击的警示,构造了一些新的每行各元素互不相同的循环矩阵。另外,给出了寻找轻量级元素的新方法,通过寻找轻量级元素来构造轻量级MDS扩散矩阵,以保证矩阵的软、硬件实现效率。其次,分析了LED算法的扩散层构造方法,研究了基于线性反馈移位寄存器的扩散层构造方法,找到了比LED算法扩散层实现效率更高的扩散矩阵。最后,分析研究了轻量级可调分组密码QARMA的扩散层特点,在此基础上,对QARMA算法的安全性进行了分析。利用不可能差分攻击对10轮的QARMA算法进行了攻击,攻击的时间复杂度和存储复杂度比现有的分析结果更优。据我们所知,这也是首次使用不可能差分分析方法来分析QARMA算法的安全性。